油液体积模量的研究与在线测量

　　0 前言

　　体积模量是油液的一个重要的物理参数，它对液压系统的位置精度、功率水平、响应时间和稳定性的影响显著[1]。在液压系统动态分析、建模与仿真中，合理准确地选取油液的体积模量值非常重要。在目前的液压系统的设计和研究中，油液的体积模量往往简单地估取为某个常数，而与系统状态无关。不少研究者发现这种简化使得动态分析和仿真的结果与实际情况相差很大[2-3]。随着液压系统的功率和响应时间的要求不断提高，关注油液体积模量变得越来越重要。油液体积模量与哪些因素相关、其影响程度多大，如何获得实际系统中的油液体积模量值，本文针对这些问题进行了研究，并设计了一种在线测量油液体积模量的装置。

　　1 油液体积模量对液压系统性能的影响

　　1.1 功率损失

　　由于油液是可以压缩的，在液压缸或活塞移动负载之前，缸内的油液必须先被压缩。换句话说，在负载移动之前，与被压缩体积等量的油液必须先加到液压缸中。这个过程没有做有用功，所做的无用功为

　　式中 Δp ——液压缸内油液压力的变化量

　　V0——液压缸内油液的初始体积

　　Ke——油液的有效体积模量

　　1.2 响应时间

　　在做有用功之前先要做无用功，从功率损失的表达式看出在功率损失一定的情况下，油液体积模量越大，响应时间越短。

　　1.3 定位精度

　　液压缸的作用就象一个很硬的线性弹簧，其总刚度等于各腔受压缩液体产生的液压弹簧刚度之和。当活塞处于中间位置时，液压弹簧刚度为

　　式中 A ——液压缸工作面积

　　Vt——工作腔总容积

　　液压控制系统的总刚度为液压弹簧刚度与负载弹簧刚度之和。油液体积模量越大，液压弹簧刚度越大，相应的液压控制系统的刚度也越大(负载刚度相同的情况下)，即输出位移受外负载的影响越小，定位越准确[4]。

　　1.4 稳定性

　　液压固有频率

　　式中，m 为负载质量和管道中油液的附加质量。

　　低油液体积模量会降低系统的固有频率，将降低系统的稳定性。

　　2 油液体积模量的理论模型

　　液体受压力作用而发生体积减小的性质称为液体的可压缩性。图 1 表示了典型的压力-体积曲线图。曲线显示液体体积 V 为施加的压力 p、液体压缩性 k 和液体初始体积 V0的函数

　　体积模量是液体抗压缩能力的度量。定义体积模量有两种方法。